CN103387518B

CN103387518B - 一种n,n-二甲基甘氨酸的制备方法

Info

Publication number: CN103387518B
Application number: CN201310313601.3A
Authority: CN
Inventors: 吴传隆; 丁永良; 秦岭; 杨帆; 何咏梅; 朱丽利; 任星宇
Original assignee: Chongqing Unisplendour Chemical Co Ltd
Current assignee: Chongqing Unisplendour Chemical Co Ltd
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2033-07-24
Also published as: CN103387518A

Abstract

本发明针对化工领域，涉及一种N，N-二甲基甘氨酸的制备方法，该方法以羟基乙腈和二甲胺为原料制备N，N-二甲基氨基乙腈，并在N，N-二甲基氨基乙腈反应液的基础上，通过对该反应液进行无机碱的碱化，有机酸的中和，得N，N-二甲基甘氨酸粗品，并最终通过分离纯化得N，N-二甲基甘氨酸精品。本发明的制备方法原料环保易得，反应条件温和，环境污染小，后处理简易，生产效率高，适合工业推广应用。

Description

一种N,N-二甲基甘氨酸的制备方法

技术领域

本发明针对化工领域，涉及一种N，N-二甲基甘氨酸的制备方法，具体涉及利用N，N-二甲基氨基乙腈制备N，N-二甲基甘氨酸的方法。

背景技术

N，N-二甲基甘氨酸(Dimethylglycine，N，N-dimethylglycine，简称DMG，即维生素B16)，外观为白色结晶，溶于水和乙醇。作为药物可以用于治疗中老年忧郁症，刺激人体免疫反应，降低公害污染物对身体的伤害，降低体内胆固醇含量等。此外，在食品行业可用作抗氧剂，在医药行业可用作医药中间体，合成多种生化药物。

专利US4968839报道了N，N-二甲基甘氨酸的合成工艺方法，即将二甲胺与甲醛、氰化钠、亚硫酸氢钠作用制得二甲氨基乙腈，然后碱性水解，中和后得产品N，N-二甲基甘氨酸。该方法原料中有剧毒的氰化钠，会对环境造成影响，不易推广使用，且收率也仅为66%左右。

余红霞等报道了一种以甘氨酸为原料、Pd/C为催化剂制备N，N-二甲基甘氨酸的方法(余红霞，郭峰.N，N-二甲基甘氨酸的合成研究.天津化工，2004，18(4)：38-39)。虽然该方法N，N-二甲基甘氨酸的收率有所提高，但使用的Pd/C催化剂非常昂贵，也不适合工业推广。

另外，朱晓慧等报道了一种生产N，N-二甲基甘氨酸的工艺方法，该工艺方法用氢氧化钙中和氯乙酸水溶液制得氯乙酸钙，过滤去除不溶性杂质，然后和二甲氨缩合，料液经浓缩，酸化，过滤制得N，N-二甲基甘氨酸盐酸盐(朱晓慧，张恭孝.二甲基甘氨酸盐酸盐的合成.泰山医学院学报，2004年25(6)：649-650)。该方法虽已成为N，N-二甲基甘氨酸制备的主流工艺，但得到的是N，N-二甲基甘氨酸的盐酸盐，应用上还是受到了限制。

基于上述原因和现有技术，仍然需要进一步优化N，N-二甲基甘氨酸的制备，尤其是该制备方法在安全性考虑、收率提高、工业推广上的考虑。本发明针对现有技术的不足进行了改进发明。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种N，N-二甲基氨基乙腈作为制备N，N-二甲基甘氨酸的中间体，该中间体制备所需的原料环保易得，反应条件温和，所得的反应液不需分离，即可进一步用于N，N-二甲基甘氨酸的制备。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种N，N-二甲基氨基乙腈的制备方法，包括以下步骤：

羟基乙腈和过量的二甲胺在水介质中充分反应得N，N-二甲基氨基乙腈的反应液。反应式如下：

进一步，所述反应的温度为40～100℃，压力为0.4～1MPa。所述羟基乙腈:二甲胺的摩尔比为1:1.5～4，优选1:1.5～2。所述反应温度优选60～80℃。所述反应时间优选0.5～1小时。所述反应压力优选0.6～0.8MPa。

该制备方法中，多余的二甲胺可回收再利用，如通过加热蒸发的方式回收。

在获得N，N-二甲基氨基乙腈反应液的基础上，进一步制备N，N-二甲基甘氨酸盐，包括以下步骤：向权利要求1得到的N，N-二甲基氨基乙腈反应液中加入N，N-二甲基氨基乙腈0.7～2倍摩尔量的碱进行碱化，控制反应温度60～100℃，反应2～7小时，脱氨处理后，得N，N-二甲基甘氨酸盐的反应液。反应式如下(无机碱以氢氧化钠为例)：

进一步，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氧化钙、硫酸钠、硫酸铵和氢氧化钙中的一种或多种。所述无机碱的用量，优选1～1.5倍N，N-二甲基氨基乙腈的摩尔量。所述反应温度优选60～85℃。

本发明的另一目的在于提供一种N，N-二甲基甘氨酸的制备方法，这种方法是在N，N-二甲基甘氨酸盐的反应液的基础上进行的，该方法反应条件温和，环境污染小，后处理简易，产品收率高，且中间产物可循环利用，适合工业推广应用。

N，N-二甲基甘氨酸的制备方法，在所述N，N-二甲基甘氨酸盐的反应液基础上，向N，N-二甲基甘氨酸盐的反应液中加入酸调节pH为酸性，得N，N-二甲基甘氨酸粗品和无机盐的混合液，对该混合液分离纯化得N，N-二甲基甘氨酸。反应式如下(酸以硫酸为例)：

所述分离通常纯化包括以下步骤：向N，N-二甲基甘氨酸粗品和无机盐的混合液中加入0.05～2％的活性炭，脱色0.5～1小时，离心除去活性炭，得母液1冷却至10℃结晶，离心除去无机盐，得母液2重结晶，再离心即得N，N-二甲基甘氨酸。本发明可按常规的结晶纯化方法对上述获得的N，N-二甲基甘氨酸多次重结晶，以获得纯度更高的N，N-二甲基甘氨酸精品，并且此次N，N-二甲基甘氨酸结晶后的母液3可合并至下一轮生产的母液2进行结晶，提高产品收率。

进一步，所述酸为无机酸，优选硫酸、盐酸、硝酸、碳酸、磷酸和路易斯酸中的一种或多种，优选硫酸或者盐酸。常用的路易斯酸为氯化铝、氯化铁、三氟化硼、五氯化铌以及镧系元素的三氟甲磺酸盐中的任何一种或多种。

进一步，所述酸调节pH为5±0.5。

另外，所述N，N-二甲基甘氨酸盐的反应液还可按照以下方法制备，该方法包括以下步骤：甲醛、氰化钠、二甲胺在水介质中，温度60～80℃充分反应后，脱氨处理，得N，N-二甲基甘氨酸钠的反应液；水介质中，甲醛:氰化钠:二甲胺的摩尔比为1:1～1.5:1.5～3。反应式如下：

进一步，所述反应的反应时间为0.5～5小时。所述甲醛:氰化钠:二甲胺的摩尔比优选1:1.1:2。

上述反应中涉及有氨气放出的步骤时，保持反应体系为负压，有助于氨气的溢出，放出的氨气可通过水或硫酸吸收。

另一种制备方法，涉及在特定的循环设备中生产N，N-二甲基甘氨酸，即利用N，N-二甲基甘氨酸生产装置制备N，N-二甲基甘氨酸的方法。如图1所示，所述N，N-二甲基甘氨酸生产装置包括101#反应釜、102#反应釜、2#反应釜、分离装置和结晶釜；所述101#反应釜和102#反应釜分别与2#反应釜连通；所述分离装置为离心机或过滤装置，并分别与2#反应釜和结晶釜连通；

A、羟基乙腈、过量的二甲胺和水在101#反应釜(1)中充分反应得N，N-二甲基氨基乙腈的反应液；向N，N-二甲基氨基乙腈反应液中加入N，N-二甲基氨基乙腈0.7～2倍摩尔量的碱碱化，控制反应温度60～100℃，反应2～7小时，脱氨处理后，得N，N-二甲基甘氨酸盐的反应液；

或者，甲醛、氰化钠、二甲胺和水在102#反应釜(2)中，温度60～80℃充分反应后，脱氨处理，得N，N-二甲基甘氨酸钠的反应液；水介质中，甲醛:氰化钠:二甲胺的摩尔比为1:1～1.5:1.5～3；

B、将101#反应釜(1)和/或102#反应釜(2)中的反应液转入2#反应釜(3)，向其中加入酸调节pH为酸性，再加入活性炭脱色，得物料混合物；

C、将反应釜中的物料混合物转入分离装置分离，得母液1；

D、将所述母液1转入结晶釜冷却结晶，再通过分离装置分离得固体物无机盐和母液2；

E、将所述母液2转入结晶釜重结晶，再通过分离装置分离得N，N-二甲基甘氨酸和母液3。

进一步，所述母液3转入结晶釜，与下轮母液2混合一并重结晶，进一步制备N，N-二甲基甘氨酸。获得的N，N-二甲基甘氨酸可通过多次重结晶进一步提高纯度。

根据反应要求，所述101#反应釜应为高压反应釜。102#反应釜、2#反应釜和结晶釜在反应中所完成的功能，理论上可由一个反应釜完成，可通过向反应釜的夹层通蒸汽、热水或冰盐水等进行加热或降温。101#反应釜和102#反应釜反应过程中涉及脱氨处理，可相应配备氨气吸收装置，该装置中可装水或硫酸用于氨气的吸收。

本发明的有益效果是：

本发明N，N-二甲基甘氨酸的制备方法，先采用羟基乙腈和二甲胺制备N，N-二甲基氨基乙腈，再通过对N，N-二甲基氨基乙腈依次碱解、中和、纯化得N，N-二甲基甘氨酸精品，各步骤的中间产物无需与反应液分离，即可进行下一步操作。N，N-二甲基氨基乙腈的碱解步骤直接对其反应液进行，既保证水解彻底，又避免了脱氨过程中的副反应。中和步骤使用了较为便宜的无极酸为原料，降低生产成本同时，中和后的副产物无机盐又可用于其它工业反应，并且，可根据无机酸种类的选取，选择地控制氯离子以及其他阴离子，还可以根据客户需求一次性高收率地制备含有一定无机盐的N，N-二甲基甘氨酸粗品。另外，本方法还巧妙利用N，N-二甲基甘氨酸与无机盐的溶解度差异，可实现有效分离，其中，前一次N，N-二甲基甘氨酸结晶后的母液还可循环至下次N，N-二甲基甘氨酸粗品的结晶，原料得到了充分利用。经实施例证实，获得的N，N-二甲基甘氨酸收率可达91%，纯度可达99%。

综上，本发明N，N-二甲基甘氨酸的制备方法原料环保易得，反应条件温和，环境污染小，后处理简易，生产效率高，适合工业推广应用。

附图说明

图1为N，N-二甲基甘氨酸生产装置结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细描述。优选实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件。

实施例1羟基乙腈法制备N，N-二甲基甘氨酸

在室温下，向高压反应器中加入1000g40%羟基乙腈水溶液，然后通入1435g33%二甲胺水溶液，升温至60℃，压力0.7MPa，反应0.5小时后，停止反应，将反应液转入3000ml的烧瓶中，再向反应液中加入561g50%的氢氧化钠水溶液，于80℃保温5小时，得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐的氨溶液，脱氨得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐溶液，随后加入98%的硫酸调节pH至5.0，得到N，N-二甲基甘氨酸与硫酸钠的混合液。加入8g活性炭脱色，抽滤除去活性炭，滤液冷却至10℃，结晶，离心除去硫酸钠晶体，滤液按常规方法结晶纯化可以得到N，N-二甲基甘氨酸，经过干燥后得到白色固体658g，纯度达到99%以上，收率达到90%。

实施例2羟基乙腈法制备N，N-二甲基甘氨酸

在室温下，向高压反应器中加入1000g40%羟基乙腈水溶液，然后通入1435g33%二甲胺水溶液，升温至60℃，压力0.7MPa，反应0.5小时后，停止反应，将反应液转入3000ml的烧瓶中，再向反应液中加入786g50%的氢氧化钾水溶液，于80℃保温5小时，得到N，N-二甲基甘氨酸钾盐的氨溶液，脱氨得到N，N-二甲基甘氨酸钾盐溶液，随后加入37%的盐酸调节pH至5.0，得到N，N-二甲基甘氨酸与氯化钾的混合液。加入7g活性炭脱色，抽滤除去活性炭，滤液冷却至10℃，结晶，离心除去氯化钾晶体，滤液按常规方法结晶纯化可以得到N，N-二甲基甘氨酸，经过干燥后得到白色固体665g，纯度达到99%以上，收率达到91%。

实施例3羟基乙腈法制备N，N-二甲基甘氨酸

在室温下，向高压反应器中加入1000g40%羟基乙腈水溶液，然后通入1435g33%二甲胺水溶液，升温至60℃，压力0.6MPa，反应0.5小时后，停止反应，将反应液转入3000ml的烧瓶中，再向反应液中加入497g硫酸钠和259g氢氧化钙组成的水溶液，于85℃保温7小时，得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐的氨溶液，脱氨得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐溶液，随后加入37%的盐酸调节pH至4.5，得到N，N-二甲基甘氨酸、氯化钠和硫酸钙的混合液。加入8g活性炭脱色，抽滤除去活性炭，滤液冷却至10℃，结晶，离心除去氯化钠和硫酸钙晶体，滤液按常规方法结晶纯化可以得到N，N-二甲基甘氨酸，经过干燥后得到白色固体661g，纯度达到98.5%以上，收率达到90%。

实施例4羟基乙腈法制备N，N-二甲基甘氨酸

在室温下，向高压反应器中加入1000g40%羟基乙腈水溶液，然后通入1435g33%二甲胺水溶液，升温至40℃，压力1MPa，反应1小时后，停止反应，将反应液转入3000ml的烧瓶中，再向反应液中加入561g50%的氢氧化钠水溶液，于95℃保温2小时，得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐的氨溶液，脱氨得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐溶液，随后向该溶液中加入浓盐酸酸化至溶液pH为5.5，得到N，N-二甲基甘氨酸、氯化钠的混合液。加入7g活性炭脱色，抽滤除去活性炭，滤液冷却至10℃，结晶，离心除去氯化钠晶体，滤液按常规方法结晶纯化可以得到N，N-二甲基甘氨酸，经过干燥后得到白色固体672g，纯度达到99%以上，收率达到92%。

实施例5羟基乙腈法制备N，N-二甲基甘氨酸

在室温下，向高压反应器中加入1000g40%羟基乙腈水溶液，然后通入1435g33%二甲胺水溶液，升温至60℃，压力0.7MPa，反应0.5小时后，停止反应，将反应液转入3000ml的烧瓶中，再向反应液中加入561g50%的氢氧化钠水溶液，于80℃保温5小时，得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐的氨溶液，脱氨得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐溶液，随后加入98%的硫酸调节pH至5.0，得到N，N-二甲基甘氨酸与硫酸钠的混合液。加入8g活性炭脱色，抽滤除去活性炭，滤液冷却至10℃，结晶，离心除去硫酸钠晶体，滤液按常规方法结晶纯化可以得到N，N-二甲基甘氨酸，经过干燥后得到白色固体660g，纯度达到98%以上，收率达到90%。

实施例6甲醛、氰化钠与二甲胺法制备N，N-二甲基甘氨酸

向反应器中加入565克37%甲醛水溶液和2215克30%氰化钠水溶液，然后慢慢滴加3363克33%二甲胺水溶液，滴加完毕，升温至80℃，反应5小时，得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐的氨溶液，脱氨得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐溶液，随后加入98%的硫酸调节pH至5.0，得到N，N-二甲基甘氨酸与硫酸钠的混合液。加入6克活性炭脱色，抽滤除去活性炭，滤液冷却至10℃，结晶，离心除去硫酸钠晶体，滤液按常规方法结晶纯化可以得到N，N-二甲基甘氨酸固体646克，纯度达到99%以上，收率达到89%。

实施例7利用N，N-二甲基甘氨酸生产装置制备N，N-二甲基甘氨酸

如图1所示，该生产装置包括101#反应釜1、2#反应釜3、分离装置4和结晶釜5；分离装置4为抽滤机，并分别与2#反应釜3和结晶釜5连通；

A、在室温下，向101#反应釜1中加入100kg40%羟基乙腈水溶液，然后通入143.5kg33%二甲胺水溶液，升温至60℃，压力0.7MPa，反应0.5小时后，停止反应；再向反应液中加入56.1gk50%的氢氧化钠水溶液，于80℃保温5小时，得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐的氨溶液，脱氨得到N，N-二甲基甘氨酸钠盐溶液；

B、将101#反应釜1中的反应液转入2#反应釜3，向其中加入98%的硫酸调节pH至5.0，得到N，N-二甲基甘氨酸与硫酸钠的混合液；加入800g活性炭脱色，得物料混合物；

C、将反应釜3中的物料混合物转入抽滤机抽滤，得母液1；

D、将母液1转入结晶釜5，冷却至10℃，结晶，再转入抽滤机抽滤除去硫酸钠晶体，得母液2；

E、将母液2转入结晶釜5按常规方法重结晶，再转入抽滤机分离得N，N-二甲基甘氨酸和母液3。

最终得N，N-二甲基甘氨酸固体66.9kg，纯度达到99%以上，收率达到92%。母液3可转入结晶釜5，与下轮母液2混合一并重结晶，进一步制备N，N-二甲基甘氨酸。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.利用N,N-二甲基甘氨酸生产装置制备N,N-二甲基甘氨酸的方法，其特征在于，所述N,N-二甲基甘氨酸生产装置包括101#反应釜(1)、2#反应釜(3)、分离装置(4)和结晶釜(5)；所述101#反应釜(1)与2#反应釜(3)连通；所述分离装置(4)为离心机或过滤装置，并分别与2#反应釜(3)和结晶釜(5)连通；

A、羟基乙腈、过量的二甲胺和水在101#反应釜(1)中充分反应得N,N-二甲基氨基乙腈的反应液，所述反应的温度为40～100℃，压力为0.4～1MPa；向N,N-二甲基氨基乙腈反应液中加入N,N-二甲基氨基乙腈0.7～2倍摩尔量的碱碱化，控制反应温度60～100℃，反应2～7小时，脱氨处理后，得N,N-二甲基甘氨酸盐的反应液；所述羟基乙腈:二甲胺的摩尔比为1:1.5～4；

B、将101#反应釜(1)中的反应液转入2#反应釜(3)，向其中加入酸调节pH为酸性，再加入活性炭脱色，得物料混合物；

C、将反应釜(3)中的物料混合物转入分离装置(4)分离，得母液1；

D、将所述母液1转入结晶釜(5)冷却结晶，再通过分离装置(4)分离得固体物无机盐和母液2；

E、将所述母液2转入结晶釜(5)重结晶，再通过分离装置(4)分离得N,N-二甲基甘氨酸和母液3。

2.根据权利要求1所述的利用N,N-二甲基甘氨酸生产装置制备N,N-二甲基甘氨酸的方法，其特征在于：所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、氧化钙、硫酸钠、硫酸铵和氢氧化钙中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的利用N,N-二甲基甘氨酸生产装置制备N,N-二甲基甘氨酸的方法，其特征在于：所述酸为硫酸、盐酸、硝酸、碳酸、磷酸和路易斯酸中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的利用N,N-二甲基甘氨酸生产装置制备N,N-二甲基甘氨酸的方法，其特征在于：所述酸调节pH为5±0.5。

5.根据权利要求1所述的利用N,N-二甲基甘氨酸生产装置制备N,N-二甲基甘氨酸的方法，其特征在于：所述母液3转入结晶釜(5)，与下轮母液2混合一并重结晶，进一步制备N,N-二甲基甘氨酸。